光学数据处理得益于一种新的移动方式

时间:2020-04-09 18:40 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

光学数据处理得益于一种新的移动方式

模态控制是光通信和数据处理技术的关键。无论是数据传输线上的连接和开关,还是某种光学电路的非互易器件,例如,控制给定输入模式的输出模式是偶数还是奇数的能力是关键。现在,中国和加拿大的研究人员已经演示了如何通过利用具有新的移动特性的“特殊点”,在比以前更紧凑的设备上实现高效的光模式传输。

华中科技大学武汉光电子国家实验室研究员王兵(音译)解释说:“实现体积最小化、插入损耗低、效率高的器件一直是一个挑战。”应对挑战,他在武汉光电国家实验室和合作者,武汉理工学院、中国科学院超强激光科学卓越中心在上海和渥太华大学调查的行为“异常点”——数学概念感兴趣最近对微波和光学引导系统,因为模式转移可能与他们描述的拓扑性质。

然而,以往开发模式传输器件中特殊点的努力受到优化模式传输效率和透射率的限制,这不可避免地导致长波导不适合更紧凑的应用。王和他的合作者们第一次考虑了特殊点移动的可能性。这使得他们能够在更短的波导中获得更高的模式传输效率和透射率。

什么是例外点?

流形描述了一个局部类似于欧几里得空间的拓扑空间。在真实的一维空间中,这可能包括直线或圆,但不包括数字8,因为在欧几里得空间中找不到交点。复数包括实部和虚部,其中虚部与1的平方根成比例,常用于描述物理系统中的阻尼行为。由于这两个分量的存在,一维复流形被表示为一个称为黎曼面的平面,黎曼面可以表示耗散系统中特定模态能量的本征值。异常点是两个模态相遇的分支奇点,这是允许模态在系统中转移的拓扑性质。

王和他的同事们用蚀刻在硅氧化物上的两个光栅制作了波导。光栅边缘的波纹会影响系统的有效损耗。如果光栅宽度和光栅间距的图形围绕着异常点的坐标,就会发生模态转移,因此奇模或偶模输入会根据系统参数产生奇模或偶模输出。然而,要么是例外点在波导的进口端附近,使得本征值很容易围绕它进行有效的模态转移,但由于系统的高损耗,透射率很低。另外,异常点远离波导入口,因此除非波导更长,否则模式传输效率会降低。

进入最佳状态

王和他的同事们通过改变光栅的宽度和间距来解决波导长度和性能之间的平衡问题,这使得特殊的点可以移动。“移动异常点是一个概念上的突破,因为它们最初是在一个二维参数空间中考虑的,”王解释道,他自己也对这种方法的工作方式感到惊讶。

事实上,他和他的同事们一直致力于通过改变波导的光栅波纹来减少具有稳定例外点的损耗。“然而,通过这种方式,我们注意到异常点不再是固定的,”王告诉phys.org。在发展了解释这种效应的理论之后,他们能够用数值模拟来证实他们的结果。

他们希望这种效应能用于集成器件中的光转换器、耦合器、滤波器和开关,以及宽带光隔离器和环形器,因为它们会给光学电路带来类似电子的方向偏置。他们还认为它应该适用于声波和物质波。

接下来,他们计划实时操作异常点。LiNbO3具有很强的电光效应,因此他们可以通过改变外部电场来操纵波导的有效介电常数。

?2020 Science X Network

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